太空機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用與展望

太空機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用與展望太空機(jī)器人太空機(jī)器人，是一種在航天器或空間站上作業(yè)的具有智能的通用機(jī)械系統(tǒng)。太空機(jī)器人具有機(jī)械臂和電腦，能實(shí)現(xiàn)感知、推理和決策等功能，可以象人一樣在事先未知的空間環(huán)境下完成各種任務(wù)。只有操作功能不具備智能的簡(jiǎn)單機(jī)器人一般稱為機(jī)械手。

太空機(jī)器人工作在微重力、高真空、超低溫、強(qiáng)輻射、照明條件差的空間環(huán)境下，它與地面上用的工業(yè)機(jī)器人有很大差別。在失重條件下物體處于漂浮狀態(tài)，給太空機(jī)器人操作帶來(lái)種種困難?？臻g視覺識(shí)別以及視覺與手爪的配合較地面更困難。太空機(jī)器人需要采用三維彩色視覺系統(tǒng)，以便同時(shí)確定物體的位置和方向，還要有便于更換的靈巧末端操縱器，利用其接近覺、觸覺、力覺、滑覺傳感器配合視覺系統(tǒng)完成各種操作任務(wù)。美國(guó)是機(jī)器人的誕生地，早在1962年就研制出世界上第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人，比起號(hào)稱"機(jī)器人王國(guó)"的日本起步至少要早五六年。經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展，美國(guó)現(xiàn)已成為世界上的機(jī)器人強(qiáng)國(guó)之一，基礎(chǔ)雄厚，技術(shù)先進(jìn)。綜觀它的發(fā)展史，道路是曲折的，不平坦的。美國(guó)的機(jī)器人技術(shù)在國(guó)際上仍一直處于領(lǐng)先地位。其技術(shù)全面、先進(jìn)，適應(yīng)性也很強(qiáng)。具體表現(xiàn)在：

（1）性能可靠，功能全面，精確度高；

（2）機(jī)器人語(yǔ)言研究發(fā)展較快，語(yǔ)言類型多、應(yīng)用廣，水平高居世界之首；

（3）智能技術(shù)發(fā)展快，其視覺、觸覺等人工智能技術(shù)已在航天、汽車工業(yè)中廣泛應(yīng)用；

（4）高智能、高難度的軍用機(jī)器人、太空機(jī)器人等發(fā)展迅速，主要用于掃雷、布雷、偵察、站崗及太空探測(cè)方面。美國(guó)亞利桑那大學(xué)庫(kù)馬·拉姆哈里教授提出了一個(gè)頗為新奇的設(shè)想:建立一個(gè)由12只太空垃圾箱組成的太空艦隊(duì),來(lái)清除這些充滿危險(xiǎn)的垃圾。垃圾箱的工式名稱是航天軌道儀碎片處理器。它利用機(jī)械手抓取附近的廢棄衛(wèi)星及其大碎片，然啟用高能太陽(yáng)能切割器將大碎片肢解,裝人箱內(nèi)。

美宇航局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室人工智能部門主任史蒂夫·陳(SteveChien)表示，事實(shí)上，“機(jī)遇”號(hào)和“勇氣”號(hào)只能獨(dú)立從事一些簡(jiǎn)單的工作，比如，從A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)，停下來(lái)拍個(gè)照。此外，它們可以獨(dú)立發(fā)現(xiàn)云團(tuán)和稱為塵卷風(fēng)的小塵暴，還能保護(hù)自己免遭意外損壞的傷害——遠(yuǎn)離陡峭的山坡或大塊巖石。至于更為復(fù)雜的工作，它們只能依賴于地面控制人員的幫助。這便是太空機(jī)器人的重大缺陷。據(jù)美國(guó)太空網(wǎng)報(bào)道，也許科學(xué)家們僅能夢(mèng)想擁有像動(dòng)畫電影《星際總動(dòng)員》中陸地植被探測(cè)員(EVE)那樣的太空機(jī)器人，但現(xiàn)實(shí)中美國(guó)研究人員正致力于研制新型太空船、飛艇和漫步者探測(cè)器，并計(jì)劃在探測(cè)遙遠(yuǎn)太空時(shí)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人智能勘測(cè)。

按照科學(xué)家的構(gòu)想，在漫游車每天動(dòng)身以前，地面控制人員會(huì)給OASIS軟件包上傳指令，使漫游車按指示對(duì)重點(diǎn)目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)。這個(gè)目標(biāo)可能是漫游車視野中最大塊或最蒼白的巖石，或是由火山噴發(fā)留下的有尖角的巖石。接下來(lái)，只要漫游車一拍照，OASIS軟件包即通過(guò)特殊的運(yùn)算公式對(duì)視野里的所有巖石進(jìn)行甄別，挑選出指令名單中的那些目標(biāo)。新一代太空機(jī)器人的自主決策能力更強(qiáng)，可以更為獨(dú)立地完成復(fù)雜的任務(wù)清理太空垃圾的機(jī)器人俄羅斯太空科學(xué)家預(yù)測(cè):如果制造太空垃圾的速度以每年2～5％的速度繼續(xù)增長(zhǎng)下去,2300年,任何東西都將無(wú)法再進(jìn)入太空軌道。鑒于太空飛船和軌道垃圾相撞的危險(xiǎn)性日益增加,馬里蘭大學(xué)空間系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)的“突擊隊(duì)員”是NASA候選的修理哈勃望遠(yuǎn)鏡的機(jī)器人，圖為實(shí)驗(yàn)室主管大衛(wèi)-肯教授站在機(jī)器人原型的旁邊。正在服役的哈勃望遠(yuǎn)鏡如果沒有宇航員上太空去維修，它的服役期可能只有2-3年。美宇航局第一個(gè)火星漫游車“旅居者”號(hào)(Sojourner)在1997年的任務(wù)期間僅僅移動(dòng)了100米，而“機(jī)遇”號(hào)和“勇氣”號(hào)迄今行程已達(dá)24公里。在火星表面行進(jìn)過(guò)程中，它們拍攝了很多地形地貌照片，但仍不能對(duì)這個(gè)紅色星球做出全面的探索對(duì)火星車來(lái)說(shuō)最艱難的任務(wù)是攀爬陡峭的山坡?；鹦亲钣腥さ牡孛?，比如懸崖上暴露的巖石和隕石坑里的溪谷，對(duì)于機(jī)遇號(hào)和勇氣號(hào)火星車來(lái)說(shuō)都是無(wú)法到達(dá)的?？茖W(xué)家們擔(dān)心火星車會(huì)在那里翻車，或者如果它們進(jìn)入隕石坑的溪谷，它們就無(wú)法返回?！暗巧秸摺?CLIFFBOT)而“登山者”由于借鑒了登山者的登山技能，將能輕易地攀爬懸崖或深入隕石坑。像登山運(yùn)動(dòng)員一樣，“登山者”被用改進(jìn)的魚線緊緊栓在懸崖頂部的錨定物上。這樣“登山者”就能夠爬下80度的陡崖，在陡崖底部拍照，取回土壤樣本。2009年，科學(xué)家將發(fā)射一顆類似的表面探測(cè)器，它將部署在火星科學(xué)實(shí)驗(yàn)室任務(wù)中，屆時(shí)我們將能了解到它是如何進(jìn)行火星表面探測(cè)的。美國(guó)宇航局的天空起重機(jī)(SkyCrane)載運(yùn)系統(tǒng)將會(huì)在火星表面上懸停，并可以通過(guò)調(diào)節(jié)絞車和繩索來(lái)降低探測(cè)器的高度。塔拉·埃斯特琳(TaraEstlin)說(shuō)：“每發(fā)射一個(gè)探測(cè)任務(wù)，我們?cè)诨鹦潜砻娑紩?huì)走得更遠(yuǎn)?？捎姓l(shuí)知道我們錯(cuò)過(guò)了哪些有趣的東西呢？”芬克指出，“將人造衛(wèi)星同表面探測(cè)器相結(jié)合使用是最大的挑戰(zhàn)，在加利福尼亞理工學(xué)院，我們正搭建開發(fā)軟件的戶外試驗(yàn)平臺(tái)，以積極行動(dòng)解決這一挑戰(zhàn)?！睉敉庠囼?yàn)包括用一個(gè)微型飛船代替攝像機(jī)，來(lái)自世界各地的研究者們可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)向飛船發(fā)出指令，觀察飛船移動(dòng)和自己部署探測(cè)器。目前，該實(shí)地測(cè)試為美國(guó)宇航局和歐洲宇航局執(zhí)行土衛(wèi)六或木衛(wèi)二探測(cè)任務(wù)使用類似的指令軟件做好鋪墊準(zhǔn)備。隨著航天活動(dòng)的發(fā)